1 水泥稳定碎石基层的特点
优点:水泥稳定碎石基层具有早期强度高, 较短时间内 (5~7天) 可获得2.0MPa以上的强度;同时可以根据设计需要, 通过改变其组成设计, 而调整所需要的强度;且水泥稳定碎石基层稳定性好, 结构层本身具有一定的通透性, 受水份影响较小;在生产实施方面, 可以采用机械化施工, 质量好, 进度快, 而小段落的零星工程, 也可以采用简易机械或人工拌和摊铺, 灵活而经济;由于有了上述优点, 水泥稳定碎石基层才在我国乃至全世界得到了广泛的应用。
缺点:施工时易离析;延迟时间短, 即从拌和到碾压成型要在较短的时间内完成, 要求施工节奏紧凑, 对设备临时故障要有预防措施, 否则会造成材料浪费;强度形成以后易产生干缩裂缝, 裂缝是水稳粒料主要病害之一, 能够引起上面层的开裂, 而导致雨季时路基浸水, 引起路堤早期破坏, 缩短路的使用寿命;养护期间在车轮等外力作用下, 表面易被剥落、磨耗;铺筑时若虚铺厚度大, 则对碾压后的平整度有不良影响。
2 水泥稳定碎石基层设计配合比
基层水泥稳定碎石组成设计主要是依据强度标准, 通过试验选取合适的集料, 确定必需的或最佳的结合料剂量, 以及确定最佳的含水量和最大干密度。水稳强度主要来源于集料本身和集料颗粒之间的嵌挤力, 所以如何选择最优良的级配, 是水稳设计的一个关键环节。笔者认为为了减少基层裂缝等常见病害, 在设计阶段主要从级配入手, 由于规范级配范围偏宽, 在不同地区, 必需结合工程实际, 对规范级配范围进行优化, 以达到最优的骨架密实型级配。78号路石矿矿料属于花岗岩, 强度高, 但集料混合料粘接性弱, 水稳集料分三档标准:0~5mm、5mm~10mm、10mm~30mm。
2.1 集料试验
取代表性集料试样, 做筛分、密度等各项试验, 试验结果见表1、表2。
常规的级配设计中, 按集料筛分的结果进行百分比调配设计, 笔者在此增加了一个空隙填充环节计算, 即通过理论填充计算确定 (3) 料的掺配比例。由于骨架密实型结构能否形成, 4.75mm筛孔的通过率是关键 (4.75mm筛孔为粗细集料的分界点) 。4.75mm筛孔通过率大, 细集料偏多, 则形成悬浮密实结构;4.75mm通过率小, 细集料填充不足, 则形成骨架空隙结构。由于在水泥稳定碎石混合料中石屑等细集料是以压实状态存在的, 故在万能材料试验机上用石子压碎仪测定石屑在不同压力下的压实密度, 结果见表3。可以看出在压力达到300kN后密度变化很小, 说明此时石屑和混合料状态已达稳定, 因此, 以此密度做为基础计算石屑和混合料的填充比例。
2.2 计算
骨架密实型混合料就是粗集料形成骨架, 细集料作为填充料将粗集料形成的空隙填充密实, 通过理论计算和逐级填充试验, 并进行空隙体积的检验, 使细集料加水泥的压实体积等于或者接近粗集料的空隙体积, 从而达到级配的最优化。石屑与空隙率较小的5mm~30mm混合料的体积掺配比也即石屑的最小用量比例为:35.3∶64.7, 质量掺配比为:35.3×2.032∶ (64.7×2.713+35.3×2.032) =29.0%。石屑与空隙较大的 (1) 档料的体积掺配比即石屑的最大用量比例为:39.1∶6 0.9, 质量掺配比为:3 9.1×2.0 3 2∶ (60.9×2.712+39.1×2.032) =32.5%。
2.3 验证
以上述方法粗定石屑的掺配比率尚不准确, 但可以以此数据为基础进行级配试配并加以验证。以4.75mm筛孔为控制点, 通过率范围22%~38%, 定出粗细4种级配, 见表4 (文中配合比均为10mm~30mm碎石:5mm~10mm碎石:石屑) ;通过重型击实试验, 确定出最大干密度, 最佳含水量, 结果见表5;制件并分别进行7d无侧限抗压强度试验, 结果见表6。
从级配验证的各个指标来看, (3) 号级配接近最优化骨架密实型水泥稳定碎石结构, 其7天的抗压强度也是在各级配中最大的, 其掺配石屑的比例30%也符合空隙体积密度试验的结果;经监理试验室的平行检测试验, 结果一致, 该配合比做为基层水泥稳定碎石的理论配合比。
3 水泥稳定碎石基层的施工
水泥稳定碎石基层的施工环节关键点较多, 对于最终形成良好的工程产品都有着十分重要的作用, 笔者主要从以下几个方面进行重点管理, 在实践中也取得了较好的效果。
原材料:由于柬埔寨国内水泥供应厂家规模不大, 我们特地选取了二家质量相对稳定良好的供应商, 对于每批次进场的水泥均进行安定性、初终凝结时间等指标检验;碎石矿为自开采矿, 质量相对稳定, 但由于自采矿细集料较少, 也定点了当地两家产量、质量相对较好的石矿。在拌和场堆料现场, 将各档级配的粗细集料进行分区堆放, 同时在规范要求的频率基础上加强了对集料级配的检验, 以确保实际施工配合比的优良性;拌和用水采用当地山泉水, 设置200立方的砖砌蓄水池, 以饮用水的标准保证拌和用水的清洁。
拌和、摊铺、碾压:水泥稳定碎石基层从拌和到碾压成型要在较短的时间内完成, 要求施工节奏紧凑, 对设备临时故障要有完备的预防措施, 其中任何一个环节的脱节, 都会造成质量的隐患和经济上的浪费。笔者在78号路水稳生产期间, 重点从拌和楼、运输车辆、摊铺机、碾压设备上严格控制:拌和楼生产前标定, 并进行试运行检验, 每日生产结束后必须拌缸清理, 各运转轴承及时上油;所有运输设备均在正常生产基础上预备一定富余, 由于最远运距有35km, 且柬埔寨处于热带, 运输途中, 水份散失大, 因此所有运输车辆均配备覆盖防水布, 保证进入摊铺机的混合料含水量接近设计的最佳含水量;摊铺机摊铺时按试验路段铺筑时确定的松铺系数均匀摊铺, 辅人工修补找平调路拱。当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时, 用18吨以上振动压路机先轻后重碾压, 由两侧向路中心碾压, 碾压时应重叠1/2轮宽, 后轮必须超过两段的接缝处, 碾压到要求的密实度, 并无明显的轮迹止。用立模办法处理工作横缝, 为后一工作段做好准备, 经厚度、压实度等检查合格后即开始养生。
保养与维护:水泥稳定碎石土基层碾压成型后, 不少于7天的湿治养生以保证底基层强度增长和防止干裂, 采用毛毯覆盖洒水养生, 养生期间使毛毯保持潮湿状态, 除允许养生用洒水车通行外, 严格控制其它施工车辆的通行。
4 结语
在柬埔寨78号第二合同段水泥稳定碎石基层的施工中, 由于在配合比设计、施中和养护等诸多关键点上进行了良好的控制, 所以在全线55km的水泥稳定碎石基层路面上, 也取得了较好的实施效果。可见, 在水泥稳定碎石的项目实施中, 如果能够在配合比设计、原材料、施工养护等诸关键点上进行了较好控制, 就一定能建设出优质的水稳基层。同时, 笔者认为, 随着科技的不断进步, 也是在这些关键点上, 特别是配合比掺加特种材料等方面会有发展, 也会使改良后的水稳基层能在各种复杂、恶劣的环境中承担面层基础的作用。
摘要：高等级路面基层均广泛采用无机结合料稳定类, 即半刚性基层, 水泥稳定碎石基层是根据水泥、碎石、细集料和水按一定比例进行配制的路面结构层承重结构, 也是底基层与路面两层的中间结构, 它具有强度高、水稳定性好的优点, 但由于其结合料为水泥, 施工工艺要求较高, 且需要较好的施工管理环境和严格的前期养护, 否则极易产生裂缝等各种基层病害。笔者从事公路工程施工多年, 负责过申嘉湖高速洪溪连接线、长株高速、柬埔寨王国78号路等多条公路的基层施工, 积累了较为丰富的现场经验, 今以柬埔寨王国78号公路为例, 从配合比设计、原材料、施工及养护管理等方面进行水泥稳定碎石基层的实施要点探讨。
关键词：水泥稳定碎石,基层,配合比,级配,施工
参考文献
[1] 张超.路基路面试验检测技术[M].人民交通出版社, 2007.
[2] 交通部公路科学研究所.公路工程集料试验规程[M].人民交通出版社, 2008.
[3] 交通部公路科学研究所.公路路基路面现场测试规程[M].人民交通出版社, 2008.